清水混凝土涂料的研制N

清水混凝土涂料的研制N————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ清水混凝土涂料的研制和应用沙圣刚瓦克上海技术中心摘要：介绍了清水混凝土涂料的研制和应用过程。硅树脂清水混凝土涂料集耐久性、憎水性和透气性于一身，同时保持了混凝土本身的外观。讨论了树脂的种类、比例及填料对性能的影响。关键词:清水混凝土涂料;硅树脂；耐久性；憎水性;透气性PreparatiｏnａnｄAｐplicatｉonofCleａrＣoncｒeｔePａintAbstract:Ｔhepreparationａndaｐplicaｔｉoｎofｃlｅaｒｃoncｒeｔｅpａintisdiscribeｄ.Silｉｃonｅresiｎcｌｅarconｃretepａintoｆfeｒsｏutｓtandinｇｄuｒabｉlitｙ,ｗatｅrｒepｅllｅｎyandbreaｔｈabｉlｉｔyａndmａｉｎtainｓthｅｎatuｒalfiniｓhｃolｏｒofconcrete．Ｔｈeinflｕenceoｆｒｅｓin,ratｉｏｏfｓiｌiconereｓｉn/ａcｒｙlｉcemulsｉｏnanｄｆillersoｎｔhｅperformancｅiｓｄｉscusｓed.ＫｅyWords:clearcｏncｒetepａinｔ;ｓilｉconｅrｅsiｎ;durabiｌity;waterｒepellｅnｃy；ｂrｅaｔｈａbｉliｔy0前言清水混凝土建筑在生活中到处可见,最常见的就是市政道路设施,如桥梁、路基、道路隔离墩等。给人印象最深的也是这种形式的建筑在下雨时和刚刚下雨后,表面湿淋淋的感觉,有些甚至是很污浊的效果。这是因为混凝土属于多孔物质,表面吸水率很大，很容易吸收水份，吸水后就会颜色变深,长时间后会表面发黑、长霉、开裂。清水混凝土作为一种建筑风格在国外已流行好多年，它保持混凝土原有的颜色和纹理,给人以古朴凝重、自然清纯的质感。目前国内一些著名工程也采用了清水混凝土风格，如：东方明珠电视塔、联想大厦、浦发银行全国结算中心、海南国际机场、首都机场塔台等。这些建筑并非混凝土直接裸露在空气中,而是外表穿上了一层透明的外衣——清水混凝土涂料。清水混凝土涂料实际上是一种透明或半透明涂料,不含如钛白粉之类的有色颜料,涂于混凝土表面后，不会遮盖混凝土原来的外观,保持了混凝土原有的颜色和质感,同时具有很好的保护作用,可以防止混凝土变色、长霉、粉化和开裂,其保护寿命长达20年。目前国内工程选用的主要是日本企业生产的产品,如旭硝子、SKK、菊水等,国产此类产品的企业很少。清水混凝土涂料因不含耐紫外线好的钛白颜料，对基料的要求很高,一般选用有机氟或有机硅等耐久性好的树脂。日本早期采用丙烯酸聚氨酯作基料，几年后混凝土表面就变黄。本文中采用纯硅树脂作粘结剂,配制成了具有高耐久性、高透气性和高憎水性的清水混凝土涂料。1实验部分完整的清水混凝土体系应包括面漆、底漆和修补砂浆,因修补砂浆不属于涂料范畴,这里仅讨论面漆和底漆。1.１透明面漆的研制1.1.１基料的选择根据国外产品的介绍,一般选择耐久性好的氟碳乳液或有机硅乳液。本文比较了一种氟碳乳液和硅树脂乳液，硅树脂乳液表现出更好的抗黄变性，同时硅树脂又具有很好的透气性,最后选择了硅树脂乳液。氟碳乳液与硅树脂乳液涂在玻璃板上,根据GB/T167７7-1997进行耐紫外线试验。硅树脂在强烈紫外线照射后,几乎不变色。见图１硅树脂氟碳乳液Sｉｌｉconeresｉnｆｌｕorinemuｌｓｉon(图1）Ｆig.１这是因为硅树脂是高分子、三维交联的化合物，其结构类似于石英。它们都是以硅/氧为骨架,但与石英不同的是，在硅树脂中,每四个氧原子就有一个被有机基团R取代。因此它可以描述为是一种有机改性的石英结构。另外,所有的硅树脂均由三官能硅单元组成,使硅树脂在化学性能上成为介于纯粹无机物和纯粹有机物之间的中间体系(图2）[１］。OOOOOOOOOOOOOOO-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O--Si--O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-石英EtO-Si-O-Si-RR-Si-O-Si-RSi-O-（图２)Ｑｕarｔzａnｄsｉlicｏｎeresｉn（Fｉg.2)硅树脂由30至80个硅的T单元组成，分子量从20００至50００,这与其他聚合物树脂相比低得多。硅树脂中还含有约2%至4%的乙氧基。这些乙氧基能相互起化学反应，或与颜、填料上的羟基,或与底材上的羟基起化学反应,生成硅氧键。众所周知,硅氧键能比碳碳键能高很多，紫外线的能量不足以使硅氧键断裂。所以硅树脂具有很好的附着力和耐久性。硅树脂表现出比其他树脂更好的颜料润湿性,硅树脂包裹在颜填料的表面,提高了填料的耐久性。氟碳乳液或硅丙乳液是线性高分子,其主链是碳碳键，侧链上带有氟或硅,其氟或硅的含量的多少影响耐老化性，氟碳乳液或硅丙乳液高分子是疏水性的,而无机填料是亲水性的,所以两者之间的亲合力较差。完全固化的硅树脂是三维交联的刚性的网络结构,不熔不溶,其在长期处于200℃的高温条件下，也不会有任何变化,可耐碱,耐酸雨和太阳光中的紫外线、红外线。由于其硬度很高，性能较脆,需要与线性丙烯酸乳液合用,以增加其柔韧性。从耐候性角度考虑，一般选用纯丙乳液。不同的纯丙乳液对耐黄变影响不同，需要通过实验选择。配制成不同的透明涂料,在玻璃板上制成相同厚度的涂膜,完全干燥后,根据GB/Ｔ16777－19９７进行耐紫外线老化试验。在照射相同时间后，测量老化前后的色差ΔＥ,ΔE值越大，表明其耐老化性越差。表1显示纯丙B具有更好的抗黄变性。表1不同透明涂料UV老化前与老化后的色差配方1#(纯丙A）配方2#（纯丙Ｂ)ΔＥ(8hUV)４．０９2Tab．1ΔEｂｅforeUVａgeinganｄａfｔerUVaｇeingbasｅdｏndiffｅrｅntdispersionfｏrmulａ1#（purearｙｌiｃemulｓｉonA）foｒmｕla2#(puｒearylｉcemuｌsiｏnB）ΔＥ(8hUV）４.０921．1.2硅树脂与纯丙乳液的比例硅树脂和纯丙乳液B按照不同的比例配制成涂料,其比例如表２。表2显示在相同PＶＣ下,硅树脂用量越大,耐黄变性越好,但到达一定比例后,抗黄变性能增加有限,但成本ROEtRRRO-O-Si-O-Si-O-Si-O-Si-OOOOOOOOOEtRR-Si-硅树脂增加较多，所以从经济角度考虑,选择硅树脂与纯丙比例为１:1时较好。(表2)不同树脂比例透明涂料UV老化前与老化后的色差配方２#配方3＃配方4＃硅树脂/纯丙1:21:12:1ΔE(８ｈUV）2１．331．３2Ｔab.2ΔＥｂｅforｅUVagｅingandａfterUVageiｎgbaseｄoｎdiｆfeｒentconteｎtoｆsｉｌiconeresinformｕｌａ2#foｒmｕla3#formulａ４#sｉlicｏｎｅ／dispｅｒsｉon１:21:12：1ΔE(8ｈUV）21．３３1．321.１．３填料的选择因为是配制透明涂料,所以填料应选用遮盖力较低的填料,填料的粒径不宜过细,同时应选用耐候性较好的填料。1.1.4参考配方及性能测试表3硅树脂透明面漆参考配方原材料质量％１水３３.32ＨEＣ纤维素0.43SILＲESBS16(1：3）0.１4多聚磷酸盐NC0.15分散剂０.４６消泡剂0．２７云母128滑石粉8９重钙510ＳIＬRESBS13０6憎水剂111SILＲESBS４3N硅树脂乳液2012纯丙乳液B18１3成膜助剂0.５14消泡剂0.2１５防腐剂０.2１6增稠剂0．41７ＳILＲESＢS１６(1:3)0.2合计100Tab.３Typicalfoｒｍulａofsiliconeresintｒａnｓｌucenttopcoaｔingraｗｍaterialweiｇｈt％１water33.3２thiｃkｅner０.43ＳILRＥSBS1６(１:3)0.14polyｐhospｈateＮC０.15ｄisｐersant０.４6deｆｏaｍeｒ０.2７mica128ｔaｌc89carbonate５10SILREＳBS１30６waterrepellentageｎt1１１SILRESBS43Ｎsｉlｉcoｎeresin201２pｕrｅacｒylicemulsｉonB1８１3fiｌmfｏrmingagｅnt0．514deｆoamｅr0.21５ｐreserｖaｔive0.216tｈickeｎer0.4１7SIＬRＥＳBS16(1:３)0.2tatal100表4硅树脂透明涂料检测结果项目检测结果吸水率(w24－值)0.01kg／m²h0.5水蒸汽透过率(sd-值)：0.37m附着力(灰砂砖)3．4N／mm耐擦洗性(次)１00001.000小时QＵV:人工老化不粉化,不黄变,不褪色疏水性很好耐水性9６H无异常涂层耐温变性(5次循环)无异常Tａb4ｔｅstingresultiｔeｍsteｓtiｎgresultwaterｕｐｔake(w２4-value)0.01kg／ｍ²ｈ0.5wateｒｖapourpeｒmｅａbiliｔｙ(sd-value):０．37mａdheｓioｎ(3.４N／mmscrubreｓisｔaｎce(timｅ）1０00０ａｒｔiｆｉcialaｇｅｉｎg１.0０0h,ＱUVnochalking，ｎｏyｅllowｉｎgwatｅrrｅpellencygooｄwaterresistance96HpassFｉlmｔｅmperａturechaｎｇeｒesistance,5cyclｅｓOＫ1.２透明底漆清水混凝土的寿命希望达到20年以上,在此期间不需要维护保养,所以对底漆也提出了很高的要求。要求底漆具有防水性、透气性、耐久性、加固底材,能增强与面漆的附着力，同时希望该产品是环保的、使用方便的和高效的。这里选用了一种水性的膏体状的小分子硅烷，完全符合了上述要求[２］。这种水性膏体底漆的主要成份是烷基三乙氧基硅烷。它被喷涂到混凝土表面后,会渗透到混凝土的内部，并与湿气反应，脱去乙醇，形成三维交联的有机硅树脂网络,化学锚固在混凝土上,形成一层防水层。防水层的厚度与涂布量底材的密实度有关,防水层的厚度从2毫米到６毫米不等。因为其形态是膏体，所以其厚涂不流挂,固化后完全吸附到混凝土内部，不改变混凝土的外观,不影响混凝土的透气性,因为它不堵塞毛细孔,同时其与硅树脂面漆发生交联反应,使之有机地成为一体。表5底漆涂布量与渗透深度试样类别硅烷用量渗透深度mｍ染色法每次用量g/ｍ2涂覆次数共计用量ｇ／m２膏体硅烷100共两次2002.6膏体硅烷15０共两次3０0３.5膏体硅烷2００共两次4０04．5Tab．5primｅｒｃｏveragerateandPenetｒatioｎdeｐtｈPenetraｔioｎｄｅptｈ,mmcoverageraｔeg/m２ｐaiｎtｉnｇ,tｉmｅｇ/m2crｅaｍsilａne10０220０2.6creamsiｌane１502３003.5creａｍｓilａｎe200240０4.5表5显示,膏体硅烷的用量越大，渗透的深度越深，防护时间越久。表6底漆涂布量与氯离子吸收量试样类别硅烷用量氯离子吸收量降低效果每次用量涂覆次数共计用量氯离子平均值降低效果ｇ/m２g／m2％％空白/／/0．1806/膏体硅烷10０共两次２000.01749０膏体硅烷１50共两次3000．014892膏体硅烷200共两次400０.０1３3９3Tab．６coverageｒateａｎdabsｏrptionofｃｈloｒiｎeionｃｈlorｉｎｅｉｏnｄecreaseｒatｅｃovｅrageratｅpaintingtimeｄoｓagecｈlｏrｉneｉoｎcontentdecｒeaserateg/ｍ２ｇ/m2%%noｎe/／/０.1８06/creamsilaｎe100tｗｏ200０.01749０creamsｉｌane150twｏ3000.0１4８9２crea